JP7498704B2 - Connection element, part and connection method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1の前段部分で特定された接続要素、請求項12の前段部分で特定された部品接続の生産方法および請求項21の前段部分で特定された部品接続に関する。
The present invention relates to a connection element as specified in the preamble of claim 1, a method for producing a component connection as specified in the preamble of
2つの重ねられた部品層を接続するために用いられる接続要素は、従来技術で知られている。これらの接続要素は、半管状のセルフピアスリベットとしても知られている。特許文献1は、回転駆動されるような半管状のセルフピアスリベットを開示しており、その回転により、リベットとベース層との間の接触領域が加熱され、リベットがベース層を貫通しやすくなる。さらに、リベット内に保持されたスラグの軸方向の緩みを防ぐために、接続要素の中空空間に保持構造が設けられている。 Connection elements used to connect two superimposed component layers are known in the prior art. These connection elements are also known as semi-tubular self-piercing rivets. US Pat. No. 5,399,433 discloses a semi-tubular self-piercing rivet that is rotationally driven, the rotation of which heats the contact area between the rivet and the base layer, facilitating the rivet to penetrate the base layer. Furthermore, a retaining structure is provided in the hollow space of the connection element to prevent axial loosening of the slug held in the rivet.
本発明の目的は、重ねられた部品層のせん断強度を高める部品接続を生産するための接続要素を提供することである。 The object of the present invention is to provide a connection element for producing component connections that enhances the shear strength of the overlapping component layers.
それ自体は知られている方法で、接続要素は、シャフトと、前記シャフトを一方向に回転駆動することができるドライブとを有し、中空円筒形の前記シャフトは、少なくとも1つの自由端を有し、前記ドライブは、前記自由端の反対側に配置されている。前記中空円筒形シャフト内には、中空空間が形成されている。 In a manner known per se, the connecting element comprises a shaft and a drive capable of driving said shaft in rotation in one direction, said hollow cylindrical shaft having at least one free end and said drive being arranged opposite said free end. A hollow space is formed in said hollow cylindrical shaft.
本発明によれば、前記中空円筒形シャフトの円周方向に作用するドライバ構造が、前記中空空間に配置されている。側面では、これらのドライバ構造は、要素軸に平行に直線的に延びるか、側面に投影された要素軸に対して20°以下の角度偏差で直線的に延びており、および/または前記ドライバ構造はドライブ側端に配置されている。 According to the invention, driver structures acting in the circumferential direction of the hollow cylindrical shaft are arranged in the hollow space. On the side, these driver structures extend linearly parallel to the element axis or with an angular deviation of less than 20° relative to the element axis projected on the side, and/or the driver structures are arranged at the drive end.
ドライバ構造は、中空円筒形シャフトによって部品接続の最上層からスラグ片を切り取り、シャフトと一緒にスラグを回転させるために使用される。これにより、スラグを接続要素と一緒に回転させると、スラグをベース層に溶接することができる。ベース層に溶接されたスラグは最上層内に延びているため、せん断方向に明確な接続が生成される。これにより、ベース層と最上層との間のせん断強度が著しく増大する。 The driver structure is used to cut a piece of slug from the top layer of the component connection by a hollow cylindrical shaft and rotate the slug together with the shaft. This allows the slug to be welded to the base layer as it is rotated together with the connection element. The slug welded to the base layer extends into the top layer, creating a clear connection in the shear direction. This significantly increases the shear strength between the base and top layers.
好ましくは、接続要素は、シャフトに接続される肩部を有する。これにより、前述の確実な接続に加えて、最上層と肩部との間に接続要素の縦軸に沿った確実な接続も生成される。これにより、横方向だけでなく縦方向にも2つの部品が強力に接続され、これは、特に、スラグの溶接後のリベット締め工程でシャフトがベース層でフレア状になっている場合に顕著である。 Preferably, the connecting element has a shoulder that is connected to the shaft. This creates a secure connection along the longitudinal axis of the connecting element between the top layer and the shoulder in addition to the previously mentioned secure connection. This creates a strong connection between the two parts not only laterally but also longitudinally, especially when the shaft is flared at the base layer during the riveting process after slug welding.
第1の実施形態では、肩部は、シャフトを閉じるヘッドの一部であり得る。これは、特に回転可能な半管状のセルフピアスリベットに似たシンプルなデザインである。 In a first embodiment, the shoulder can be part of the head that closes the shaft. This is a simple design that resembles a particularly rotatable semi-tubular self-piercing rivet.
あるいは、肩部は、その最小径が少なくとも中空円筒形シャフトの内径に対応する中央の凹部を有する環状肩部の形状に設計することもできる。結果として、スラグ材料が中空円筒形シャフトを上方に通過することを可能にしながら、環状カラーと最上層との間に確実な接続を生成することができる。その中で上昇した材料は、その後、ヘッドを形成するために再利用することができる。したがって、概して言えば、部品接続に入る材料の量は少なく、その結果、全体の取り付け高さが低くなる。 Alternatively, the shoulder can be designed in the form of an annular shoulder with a central recess whose smallest diameter corresponds at least to the inner diameter of the hollow cylindrical shaft. As a result, a reliable connection can be created between the annular collar and the top layer while allowing the slug material to pass upwards into the hollow cylindrical shaft. The material that rises therein can then be reused to form the head. Thus, generally speaking, the amount of material entering the part connection is less, resulting in a lower overall installation height.
中央の凹部は、その直径がシャフトの自由端から離れる方向に増加するように設計されることが好ましい。これにより、スラグの材料を収容するためのより大きな容積が生成され、そのため、軸方向の力が作用したときに最上層の方向により容易に押すことが可能な幾何学的形状に肩部を生成することができる。 The central recess is preferably designed such that its diameter increases in the direction away from the free end of the shaft. This creates a larger volume to accommodate the slug material and therefore creates a shoulder in a geometry that can be more easily pushed in the direction of the top layer when an axial force is applied.
好ましくは、ドライブは、ヘッドおよび/または肩部に形成される。これにより、特に回転運動を効率的に伝達することができる。 Preferably, the drive is formed in the head and/or shoulder. This allows for particularly efficient transmission of rotational movements.
別の好ましい実施形態によれば、ドライブ側端に配置されたドライバ構造は、ヘッドの下側に形成されている。 According to another preferred embodiment, the driver structure located at the drive end is formed on the underside of the head.
特に有利な方法で、要素の中心軸に平行に直線的に側面上を延びる、または、側面に投影された要素の中心軸に対して20°の角度偏差で直線的に側面上を延びるドライバ構造は、隆起した設計である。これには、隆起した構造がスラグの壁に押し込みやすく、そのため、信頼性の高いスラグの回転同調が保証されるという利点がある。隆起した設計のドライバ構造を断面で見た場合、半径方向にさらに内側にある平坦は、半径方向にさらに外側にある平坦よりも小さい領域である。 In a particularly advantageous manner, the driver structures which run laterally in a straight line parallel to the central axis of the element or with an angular deviation of 20° to the central axis of the element projected on the side are of raised design. This has the advantage that the raised structures are easier to press into the walls of the slug, thus ensuring reliable rotational synchronization of the slug. If a driver structure of raised design is viewed in cross section, the flats further radially inwards are of smaller area than the flats further radially outwards.
隆起したドライバ構造に加えて、またはその代わりに、要素の中心軸に平行に直線的に側面に延びる、または、側面に投影された要素の中心軸に対して20°の角度偏差で側面に延びるドライバ構造は、溝の形で設計することができる。 In addition to or instead of raised driver structures, the driver structures can be designed in the form of grooves that extend laterally in a straight line parallel to the central axis of the element or with an angular deviation of 20° relative to the central axis of the element projected on the side.
別の好ましい実施形態によれば、特に、面取りの形の刃先を自由端に備えることができる。これにより、一方では最上層からスラグを切り出すことが容易になり、他方では接続要素がベース層に浸透しやすくなり、その層で自由端はフレア加工するために変形工程にかけられる。 According to another preferred embodiment, the free end can be provided with a cutting edge, in particular in the form of a chamfer, which on the one hand facilitates the cutting out of the slug from the top layer and on the other hand facilitates the penetration of the connecting element into the base layer, where the free end is subjected to a deformation process in order to be flared.
特に、接続要素は、鉄金属、とりわけ鋼で形成されている。 In particular, the connection elements are made of a ferrous metal, especially steel.
本発明による接続要素の全長は、中空円筒形シャフトの外径の2.5倍未満であり、特に10mm未満であることが好ましい。 The overall length of the connecting element according to the present invention is preferably less than 2.5 times the outer diameter of the hollow cylindrical shaft, and more preferably less than 10 mm.
本発明のさらに別の態様によれば、それは、ベース層とその上に配置された最上層とを含む2つの部品層間の部品接続の生産方法に関する。この方法では、中空円筒形シャフトを有する接続要素に軸力が作用して、要素を回転させて最上層に打ち込む。シャフトの内部は、最上層からスラグを切り取り、スラグは、回転するときに接続要素内に同伴される。回転するときに下向きの力がスラグに作用し、スラグがベース層に溶接され、その後、接続要素の少なくとも一部がベース層に押し込まれる。 According to yet another aspect of the invention, it relates to a method for producing a component connection between two component layers, including a base layer and a top layer disposed thereon, in which an axial force acts on a connection element having a hollow cylindrical shaft to rotate the element and drive it into the top layer. The interior of the shaft cuts a slug from the top layer, which is entrained within the connection element as it rotates. A downward force acts on the slug as it rotates, welding it to the base layer, after which at least a portion of the connection element is pressed into the base layer.
好ましくは、スラグが溶接されるまで接続要素が駆動される速度は、少なくとも2000rpmである。 Preferably, the speed at which the connecting element is driven until the slug is welded is at least 2000 rpm.
この目的のために、接続要素は、ドライバ構造の有無にかかわらず、半中空シャフトまたは中空シャフトを有することができる。 For this purpose, the connecting element can have a semi-hollow or hollow shaft, with or without a driver structure.
本発明による生産方法のさらなる開発において、接続要素を、特に5000rpmを超える高速で、特に3kN未満の軸力で、シャフト上に配置する、少なくとも第1工程を含むことができる。これにより、接続要素がベース層の表面に到達するまでスラグが切り取られるときに、接続要素の変形を確実に防ぐことができる。 In a further development of the production method according to the invention, at least a first step can be included in which the connecting element is placed on the shaft, in particular at high speeds of more than 5000 rpm and in particular with an axial force of less than 3 kN. This ensures that deformation of the connecting element is prevented when the slug is cut off until the connecting element reaches the surface of the base layer.
本発明によれば、スラグが回転し続けるときにスラグに軸方向の下向きの力を加えることによって切り出しスラグをベース層に溶接し、同時に、工具によって加えられる軸力を初期力と比較して増大させる、第2工程をさらに実行することができる。この力は、6kNを超えることが好ましい。速度は、最初の段階と同じにする、または、スラグと下部の部品層との間の滑りを大幅に防ぐために減速することができる。 According to the invention, a second step can be further carried out in which the cut slug is welded to the base layer by applying an axial downward force to the slug as it continues to rotate, while at the same time increasing the axial force applied by the tool compared to the initial force. This force is preferably greater than 6 kN. The speed can be the same as in the first stage or can be reduced to significantly prevent slippage between the slug and the lower part layer.
第2工程は、初期位置から開始した接続要素が、軸方向に最上層の厚さを通過したときに1回開始することができる。 The second step can be initiated once the connection element, starting from the initial position, passes axially through the thickness of the top layer.
押圧力は、その駆動方向と反対の中空円筒形シャフトを閉じるヘッドを有する接続要素に加えることができ、そこから、この力は、接続要素のヘッドを介してスラグに加えられる。 The pressing force can be applied to a connecting element having a head that closes a hollow cylindrical shaft opposite its drive direction, from where this force is applied to the slug via the head of the connecting element.
本発明によれば、接続要素はさらに、少なくとも中空円筒形シャフトの中空空間の上方で駆動方向に対して開いており、押圧力は、接続要素に押圧力を加える設定ツールによってスラグに直接加えられる。 According to the invention, the connection element is furthermore open towards the drive direction at least above the hollow space of the hollow cylindrical shaft, and the pressing force is applied directly to the slug by a setting tool which applies the pressing force to the connection element.
さらに、本発明によれば、第3工程を実行することができる。第3工程は、第2工程に続いて、または第1工程の直後に実行することができる。この工程では、接続要素およびスラグは、特に8kNを超える軸力を受け、この軸力は、第2工程の摩擦軸方向の力と比較して増加し、速度は特にゼロまで減速する。これにより、接続要素をベース層および/または最上層に対して軸方向に確実に接続することができる。好ましくは、第2工程が完了し、第3工程は、ヘッドがトップボードと接触する直前に、特にヘッドの下側が、最上層から1/10mmから5/10mmの間隔を置いているときに開始される。したがって、部品層の既知の厚さおよび接続要素の寸法に基づいて、相対移動距離を事前に計算することができる。第3段階は、好ましくは、0.1秒から0.5秒の間である特定の期間の後に完了する。 Furthermore, according to the invention, a third step can be carried out. The third step can be carried out following the second step or immediately after the first step. In this step, the connection element and the slug are subjected to an axial force, in particular of more than 8 kN, which is increased compared to the frictional axial force of the second step and the speed is decelerated, in particular to zero. This allows a reliable axial connection of the connection element to the base layer and/or to the top layer. Preferably, the second step is completed and the third step is started just before the head comes into contact with the top board, in particular when the underside of the head is spaced 1/10 mm to 5/10 mm from the top layer. Thus, based on the known thickness of the component layer and the dimensions of the connection element, the relative movement distance can be calculated in advance. The third stage is completed after a certain period, which is preferably between 0.1 and 0.5 seconds.
特に第1および第2工程において、軸力および速度は、可能な限り一定に維持することを目的として調整される。同様の調整が、第3工程で実行される。このようなアプローチにより、接続要素が軸力および回転の下で部品接続を貫通する。 Particularly in the first and second steps, the axial force and speed are adjusted with the aim of keeping them as constant as possible. Similar adjustments are performed in the third step. With this approach, the connecting element penetrates the part connection under axial force and rotation.
接続要素が少なくとも中空円筒形シャフトの中空空間の上方で挿入方向に対して開いていて、接触圧力を接続要素に加える設定ツールによって接触圧力がスラグに直接加えられる場合、スラグを挿入方向と反対の端でフレア加工させる。このようにして、スラグと最上層との間に確実な接続を生成することができる。この場合、スラグは、間接的に、すなわち接続要素を介して、最上層に確実に接続するか、または直接的に最上層に確実に接続することができる。 If the connecting element is open at least above the hollow space of the hollow cylindrical shaft in the insertion direction and contact pressure is applied directly to the slug by a setting tool which applies contact pressure to the connecting element, the slug is made to flare at the end opposite the insertion direction. In this way, a reliable connection can be created between the slug and the top layer. In this case, the slug can be reliably connected to the top layer either indirectly, i.e. via the connecting element, or directly.
本発明による方法は、好ましくは、マグネシウム合金の少なくとも1つの層および/またはアルミニウム合金の少なくとも1つの層、特にAl5xxx、Al6xxxまたはAl7xxxを含む部品接続を生産するために使用される。この目的のために、第1工程では、約2kNの軸力で約8000rpmの速度が設定され、第2工程では、約8kNの軸力で約5000rpmの速度が設定される。第3工程では、軸力が約9kNに調整され、速度がゼロに調整される。この配置では、接続要素は鋼であることが好ましい。この文脈での「約」とは、プラスマイナス20%の偏差を意味する。 The method according to the invention is preferably used to produce component connections comprising at least one layer of a magnesium alloy and/or at least one layer of an aluminum alloy, in particular Al5xxx, Al6xxx or Al7xxx. For this purpose, in a first step, a speed of about 8000 rpm is set with an axial force of about 2 kN, and in a second step, a speed of about 5000 rpm with an axial force of about 8 kN. In a third step, the axial force is adjusted to about 9 kN and the speed is adjusted to zero. In this arrangement, the connection element is preferably steel. "About" in this context means a deviation of plus or minus 20%.
さらに本発明は、ベース層およびその上に配置された少なくとも1つの最上層と、中空円筒形シャフトおよびシャフトを回転方向に駆動することができるドライブを有する接続要素とを含む部品接続に関する。中空円筒シャフトは自由端を有しており、ドライブはシャフトの自由端の反対側の端部に配置されている。中空円筒形シャフトによって中空空間が形成される。 The invention further relates to a component connection comprising a base layer and at least one top layer arranged thereon, a hollow cylindrical shaft and a connecting element having a drive capable of driving the shaft in a rotational direction. The hollow cylindrical shaft has a free end and the drive is arranged at an end of the shaft opposite the free end. A hollow space is formed by the hollow cylindrical shaft.
シャフトの自由端にある中空円筒形シャフトの一部は、ベース層によって完全に囲まれており、中空円筒形シャフトの内部は、最上層から切り出されたスラグを収容している。 The portion of the hollow cylindrical shaft at the free end of the shaft is completely surrounded by the base layer, and the interior of the hollow cylindrical shaft contains the slug cut from the top layer.
接続要素の中空空間には、ベース層とスラグとの間に材料接続が存在する。 In the hollow space of the connection element, there is a material connection between the base layer and the slug.
好ましくは、中空円筒形シャフトの円周方向に作用するドライバ構造は、中空空間に配置され、そのドライバ構造は、スラグの材料によって囲まれ、さらに、ベース層とスラグとの間に材料接続が存在する。 Preferably, a driver structure acting in the circumferential direction of the hollow cylindrical shaft is disposed in the hollow space, the driver structure is surrounded by the material of the slug, and further, there is a material connection between the base layer and the slug.
好ましくは、部品接続は、最上層を越えて軸方向に突出するスラグの半径方向に変位した材料を、最上層および/または接続要素への確実な接続を提供するカラーに成形することによって作成される軸方向に作用する確実な接続を含むことができる。 Preferably, the component connection may include an axially acting secure connection created by molding radially displaced material of a slug that protrudes axially beyond the top layer into a collar that provides a secure connection to the top layer and/or the connecting element.
別の有利な実施形態によれば、軸方向に作用する確実な接続は、接続要素と最上層との確実な適合、およびベース層の接続要素の確実な適合によって達成することができる。 According to another advantageous embodiment, a secure connection acting in the axial direction can be achieved by a secure fit of the connection elements with the top layer and a secure fit of the connection elements of the base layer.
特に、ベース層への確実な接続は、挿入方向に面する接続要素の自由端をフレア加工することによって達成される。 In particular, a secure connection to the base layer is achieved by flaring the free end of the connection element facing the insertion direction.
接続要素は、ベース層および最上層よりも高い強度を有している。これにより、スラグは確実に最上層から切り出され、接続要素はベース層を貫通することができる。 The connecting element has a higher strength than the base and top layers. This ensures that the slug can be cut through the top layer and the connecting element can penetrate the base layer.
原則として、ベース層および最上層は非鉄金属で作ることができ、接続要素は鋼または非鉄金属で作ることができる。 In principle, the base layer and the top layer can be made of non-ferrous metal, and the connecting elements can be made of steel or non-ferrous metal.
あるいは、ベース層および最上層、または最上層のみは熱可塑性材料で作ることができ、接続要素はプラスチック材料、鋼または非鉄金属で作ることができる。 Alternatively, the base layer and the top layer, or only the top layer, can be made of a thermoplastic material and the connecting elements can be made of a plastic material, steel or a non-ferrous metal.
特に有利な実施形態において、部品接続の接続要素は、上記の設計のものである。 In a particularly advantageous embodiment, the connection elements of the component connections are of the above-described design.
本発明の追加の利点、特徴および可能な用途は、図面に示されている実施形態を参照する以下の説明から収集することができる。 Further advantages, features and possible applications of the present invention can be gleaned from the following description with reference to the embodiments shown in the drawings.
図1の側面図は、ベース層をその上に配置された最上層に接続するための本発明による接続要素10を示す。接続要素10は、自由端14と、自由端14の反対側の端部に設けられたドライブ16とを有する中空円筒形シャフト12を含む。ドライブ16は、外付けドライブとして設計されており、対応する確実なロック構造を有する。以下の図を参照しながら、接続要素10についてより詳細に説明する。
The side view of FIG. 1 shows a connecting
図1Aは、接続要素10の断面図である。この図に示されているのは、中空円筒形シャフト12と、ドライブ16が形成されたカラー18である。中空円筒形シャフト12は、その内側側面20にリブ22を有しており、この例では、リブは、中空円筒形シャフト12の全長に亘って延びている。接続要素10のリブ22は、接続要素10の回転動作時に最上層から除去されたスラグを同伴するように機能する。接続要素の回転動作にスラグを巻き込むことにより、摩擦溶接工程においてスラグをベース層に一体的に結合することができる。
Figure 1A is a cross-sectional view of a connecting
中空円筒形シャフト12の自由端14には、最上層の貫通を容易にし、必要に応じて、中空円筒形シャフト12がベース層の変形工程でフレア加工することを可能にする面取り26が設けられている。
The
この図は、接続要素10の要素中心軸Mに平行に延びるリブ22も示している。
This figure also shows
図1Bは、接続要素10のシャフト12を通るB-B線に沿って切断された断面図である。この図に見られるように、本実施形態は、側面20に設けられた3つのリブ22を有する。これらのリブ22は、接続要素の回転動作において最上層から打ち抜かれたスラグを同伴するように作用し、その結果、スラグと前面側のベース層との間に溶接接合が行われるようにする。
Figure 1B is a cross-sectional view taken along line B-B through the
図1Aは、接続要素10が完全に中空であることを明確に示している。したがって、カラー18は、シャフト12の自由端14と反対の方向に軸方向にフレアする開口部24の周りに延びる。このようにして、最上層から除去された材料は、接続工程において接続要素10を通過し、そのため、接続要素とスラグとの間に確実な適合を生成する。
Figure 1A clearly shows that the connecting
図2は、図1に示す接続要素10の斜視図である。図2で特に明確に見られるのは、接続要素10の中央にある開口部24である。この開口部24は、接続工程で完全に満たされるので、堅い接続が保証される。開口部24は、接続要素とベース層との間に確実な接続が確立されていない接続に特に有利であることが証明されている。
Figure 2 is a perspective view of the connecting
次に、図5a~図5cを参照しながら、部品接続を生産する方法をより詳細に説明する。 The method for producing the component connections will now be described in more detail with reference to Figures 5a-5c.
図3、図3Aおよび図3Bは、本発明による接続要素30の別の実施形態を示す。図3Aは、接続要素30の図1のA-A線に沿って切断した断面図である。この接続要素30は、図1を参照して説明した接続要素10に実質的に対応する。図3の実施形態は、この場合、ドライバ構造がリブ22の形態ではなく、溝32の形態であるという点で、図1の実施形態とは異なる。これは、シャフトをB-B線に沿って切断した断面図(図3B)で特によく見ることができる。
Figures 3, 3A and 3B show another embodiment of a connecting
図4は、接続要素40の別の実施形態を示しており、図1のように、シャフト42を有するが、ドライブ48は、カラー44ではなく、カラー44が設けられたヘッド46上に配置されている。この実施形態では、ヘッド46は、図4AのA-A線に沿って切断した接続要素40の断面図に示されるように、そのヘッド側端部で中空円筒形シャフト42の端部を形成する。この実施形態では、最上層から切り出された材料は、接続要素から逃げることができない。この実施形態では、スラグに作用する力は、ヘッド46を介して加えられる。
Figure 4 shows another embodiment of the connecting
図4Bは、そのヘッド46の閉じた表面を示す接続要素40の斜視図である。
Figure 4B is a perspective view of the connecting
図5A~図5Cは、例えば図1に示すように、全体が中空である本発明による、ベース層52、最上層54および接続要素58との間の接続を生産する方法の生産工程を例示する図である。
5A-5C are diagrams illustrating the production steps of a method for producing a connection between a
ベース層52と最上層54は、アンビル56とセッティングユニットとの間に保持されている。
The
セッティングユニットは、接続要素58を回転駆動するように適合されたドライブツール60を備える。同時に、ドライブツールは、駆動方向において接続要素58に軸方向接触圧力を加える。ドライブツール60は、特に円錐形の中央バルジ61を有し、接続要素58に接触すると、接続要素58の中空空間に突出する。これは、接続要素58を最上層54上に配置するように作用する。
The setting unit comprises a
図5Bは、本発明による部品接続の生産のための工程の図であり、接続要素58は、回転および接触圧力下で最上層54からスラグ62を切り取り、そのスラグは、中空空間に収容される。スラグは、中空空間内に配置されたドライバ構造64によって回転され、接触圧力および回転の下で、ベース層52の材料と摩擦溶接された接合部を形成する。
Figure 5B is a diagram of a process for the production of a component connection according to the invention, in which a connecting
図5Cは、接続要素がベース層52をさらに貫通するにつれて上昇するスラグ62の材料を示している。その材料は、ドライブツール60まで上昇し、そこで、ドライブツールのバルジ61によって横方向に変位する。結果として、スラグ62は、そのヘッドエンドで円錐状に凹んでいる接続要素58を介して確実な接続を生成する。このようにして、接続要素58およびスラグ62を介して、最上層54とベース層52との間に信頼できる接続が行われる。
Figure 5C shows the material of the
図6A~図6Cは、部品接続を生産するための方法のさらなる実施形態を示しており、この方法は、図5A~図5Cを参照して説明したものと同様である。部品接続は、ベース層72、その上に配置された最上層74、および本発明による特に図4に示す接続要素78を備える。接続要素78は、ドライブが設けられたヘッド80を有し、このヘッド80は、接続要素78の中空シャフト76の端部を形成する。ベース層72および最上層74はアルミニウムで作られていることが好ましいが、接続要素78は鋼で作られている。上記のように、接続要素78は、好ましくは2000rpmを超える速度で、好ましくは3kN未満の接触圧力で、第1の切断段階において最上層74に打ち込まれる。したがって、スラグ82は、最上層74の材料から切り出され、側面の内側に形成された、好ましくは、要素中心軸Mに平行に延びるリブの形態をとるドライバ構造によって、接続要素78の回転動作に巻き込まれ、次にその前面を介して最上層74に溶接される。溶接は、前の切断段階で使用されたよりも高い接触圧力で実行されることが好ましい。ドライブツール(ここには示されていない)によって加えられた接触圧力は、接続要素のヘッドを介してスラグ82に伝達される。さらに、図5Cは、ベース層72とスラグ82との間に形成された材料接続を伴う完全な接続を示しており、接続要素78は、アンビル84によってベース層72を介して貫通するように変形され、リベット接続の場合のように、ベース層72に位置するシャフト76の端部が外側にフレアするように変形され、そのため、ベース層72と最上層74との間の設定方向において適合接続を確立する。リベット工程は、特に増加した接触圧力を使用して行われる。
6A-6C show a further embodiment of a method for producing a component connection, which is similar to the one described with reference to FIGS. 5A-5C. The component connection comprises a
したがって、摩擦溶接によってベース層72に接続されたスラグ78は、剪断の方向、すなわち、設定方向に対して横方向に、耐荷重能力が改善された接続を提供する。
Thus, the
Claims (25)
前記中空円筒形シャフト(12)の円周方向に作用するドライバ構造(22,32)が、前記中空空間に配置されており、
前記ドライバ構造は、要素中心軸(M)に平行または側面(20)に投影された要素中心軸(M)に対して最大20°の角度偏差で、直線的に設定方向に側面(20)上を延びるように配置され、および/または、前記ドライブ側端に配置されており、
前記ドライバ構造(22,32)は、前記シャフト(12)によって前記最上層(54,74)から切り取ったスラグを前記シャフト(12)と一緒に回転させるものであり、
前記シャフト(12,42,76)に接続される肩部(18,44)を備え、
前記肩部(18)は、最小径が少なくとも中空円筒形シャフト(12)の内径に対応する中央の凹部(24)を有する環状肩部(18)として設計されており、
前記中央の凹部(24)は、その直径が前記シャフト(12)の前記自由端から離れる方向に増加するように設計されている
ことを特徴とする接続要素。 1. A connection element (10, 30, 40, 58, 78) for connecting a part of a base layer (52, 72) to a part of a top layer (54, 74) arranged thereon, comprising a hollow cylindrical shaft (12, 42, 76) and a drive (16) capable of driving said shaft (12, 42, 76) in rotation in one direction, said hollow cylindrical shaft (12, 42, 76) having at least one free end, said drive (16, 48) being arranged opposite said free end, and a hollow space being formed in said hollow cylindrical shaft (12, 42, 76),
A driver structure (22, 32) acting in a circumferential direction of the hollow cylindrical shaft (12) is disposed in the hollow space;
the driver structure is arranged to extend linearly on the side surface (20) in a set direction parallel to the element central axis (M) or with an angular deviation of maximum 20° with respect to the element central axis (M) projected on the side surface (20) and/or is arranged at the drive end,
the driver structure (22, 32) for rotating with the shaft (12) a slug cut from the top layer (54, 74) by the shaft (12);
a shoulder (18, 44) connected to said shaft (12, 42, 76);
said shoulder (18) being designed as an annular shoulder (18) having a central recess (24) whose smallest diameter corresponds at least to the inner diameter of the hollow cylindrical shaft (12);
A connecting element, characterized in that said central recess (24) is designed such that its diameter increases in the direction away from said free end of said shaft (12).
前記肩部(18,44)は、前記シャフトの端部を形成するヘッド(46)の一部である
ことを特徴とする接続要素。 2. The connecting element according to claim 1,
A connecting element, characterized in that said shoulder (18, 44) is part of a head (46) forming the end of said shaft.
前記ドライブ(16,48)は、ヘッド(46)および/または前記肩部(18)に形成されている
ことを特徴とする接続要素。 A connecting element according to claim 1 or 2,
A connecting element, characterized in that said drive (16, 48) is formed in the head (46) and/or in said shoulder (18).
前記ドライブ側端に配置された前記ドライバ構造は、ヘッド(46)の下側に形成されている
ことを特徴とする接続要素。 A connecting element according to any one of claims 1 to 3,
A connecting element, characterized in that the driver structure located at the drive end is formed on the underside of a head (46) .
前記要素中心軸に平行に直線的に前記側面上を延びる、または、前記側面に投影された前記要素中心軸に対して20°の角度偏差で直線的に前記側面上を延びる前記ドライバ構造は、隆起部分(22)の形で設けられている
ことを特徴とする接続要素。 A connecting element according to any one of claims 1 to 4 ,
A connecting element, characterized in that the driver structure extending linearly on the side surface parallel to the element central axis or linearly on the side surface with an angular deviation of 20° relative to the element central axis projected on the side surface is provided in the form of a raised portion (22).
前記要素中心軸に平行に直線的に前記側面上を延びる、または、前記側面に投影された前記要素中心軸に対して20°の角度偏差で直線的に前記側面上を延びる前記ドライバ構造は、溝(32)の形で設けられている
ことを特徴とする接続要素。 A connecting element according to any one of claims 1 to 5 ,
A connecting element, characterized in that the driver structure extending linearly on the side surface parallel to the element central axis or linearly on the side surface with an angular deviation of 20° relative to the element central axis projected onto the side surface is provided in the form of a groove (32).
特に面取り(26)の形の刃先を前記自由端に備えている
ことを特徴とする接続要素。 A connecting element according to any one of claims 1 to 6 ,
A connecting element, characterized in that it is provided at said free end with a cutting edge, in particular in the form of a chamfer (26).
鉄金属、とりわけ鋼で形成されている
ことを特徴とする接続要素。 A connecting element according to any one of claims 1 to 7 ,
A connecting element, characterized in that it is made of a ferrous metal, in particular steel.
接続要素(10,30,40,58,78)が、回転および軸力の下、前記最上層(54,74)に打ち込まれ、
前記シャフトの内部によって前記最上層(54,74)からスラグ(62,82)が切りだされて前記接続要素の回転によって同伴され、
回転および接触圧力の下、前記スラグ(62,82)が前記ベース層(52,72)に溶接され、
前記接続要素(10,30,40,58,78)の少なくとも一部が、前記ベース層(52,72)に押し込まれる
ことを特徴とする部品の接続方法。 A method for connecting parts, comprising connecting two part layers (52, 54, 72, 74) including a base layer (52, 72) and a top layer (54, 74) disposed thereon, with a connecting element (10, 30, 40, 58, 78) having a hollow cylindrical shaft (12, 42, 76), comprising:
A connecting element (10, 30, 40, 58, 78) is driven into the top layer (54, 74) under rotation and axial force;
a slug (62, 82) is cut from the top layer (54, 74) by the interior of the shaft and entrained by the rotation of the connecting element;
Under rotational and contact pressure, the slug (62, 82) is welded to the base layer (52, 72);
A method for connecting components, characterized in that at least a portion of the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) is pressed into the base layer (52, 72).
前記スラグ(62,82)が所定位置に溶接されるまで前記接続要素(10,30,40,58,78)が駆動される速度は、少なくとも2000rpmである
ことを特徴とする部品の接続方法。 10. The method for connecting components according to claim 9,
10. A method for connecting parts, comprising the step of: driving said connecting element (10, 30, 40, 58, 78) until said slug (62, 82) is welded in place at a speed of at least 2000 rpm.
前記接続要素(10,30,40,58,78)が前記ベース層(52,72)の表面に到達するまで前記スラグ(62,82)が切られるときに前記接続要素(10,30,40,58,78)の変形を確実に防止するように、前記接続要素(10,30,40,58,78)が切断のために適切な速度と軸力で適用される第1工程が実行される
ことを特徴とする部品の接続方法。 The method for connecting components according to claim 10,
1. A method for connecting parts, comprising the steps of: performing a first step in which the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) is applied at a suitable speed and axial force for cutting so as to ensure that the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) is prevented from being deformed when the slug (62, 82) is cut until the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) reaches the surface of the base layer (52, 72).
前記スラグ(62,82)を回転し続けながら溶接するための軸力を前記スラグ(62,82)に加えることによって、前記切り出されたスラグ(62,82)が前記ベース層(52,72)に溶接される第2工程が実行され、
前記溶接するための工具によって加えられる前記軸力は、切断するために加えられる前記軸力と比べて増大している
ことを特徴とする部品の接続方法。 The method for connecting parts according to claim 11,
a second step is performed in which the cut-out slug (62, 82) is welded to the base layer (52, 72) by applying an axial force to the slug (62, 82) for welding while continuing to rotate the slug (62, 82);
11. A method of joining parts, characterized in that the axial force applied by the tool for welding is increased compared to the axial force applied for cutting.
前記接続要素(10,30,40,58,78)は、その挿入方向と反対の端部で前記中空円筒形シャフト(12,42,76)を閉じるヘッドを有し、
前記接続要素の前記ヘッドは、溶接するための軸力を前記スラグ(62,82)に加える
ことを特徴とする部品の接続方法。 The method for connecting parts according to claim 12,
said connecting element (10, 30, 40, 58, 78) has a head which closes said hollow cylindrical shaft (12, 42, 76) at the end opposite to its insertion direction;
10. A method of connecting parts, comprising the steps of: applying an axial force for welding to the slug (62, 82) at the head of the connecting element.
前記接続要素(10,30,40,58,78)は、少なくとも前記中空円筒形シャフト(12,42,76)の内面の上方で挿入方向に対して開いており、
前記接触圧力は、前記接続要素(10,30,40,58,78)に前記接触圧力を加える設定ツールによって前記スラグ(62,82)に加えられる
ことを特徴とする部品の接続方法。 The method for connecting parts according to claim 12,
the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) is open relative to the insertion direction at least above the inner surface of the hollow cylindrical shaft (12, 42, 76);
13. A method of connecting parts, comprising the steps of: applying said contact pressure to said slug (62, 82) by a setting tool that applies said contact pressure to said connecting element (10, 30, 40, 58, 78).
前記ベース層(52,72)および/または前記最上層(54,74)に対して前記軸方向に確実な接続を生成するために、前記接続要素(10,30,40,58,78)および前記スラグ(62,82)に作用する軸力が、前記第2工程における軸力と比較して増大し、速度は減速する第3工程が実行される
ことを特徴とする部品の接続方法。 The method for connecting parts according to any one of claims 12 to 14,
A third step is performed in which the axial force acting on the connection element (10, 30, 40, 58, 78) and the slug (62, 82) is increased and the speed is reduced compared to the axial force in the second step in order to create a secure connection in the axial direction to the base layer (52, 72) and/or the top layer (54, 74).
A method for connecting parts.
前記接続要素(10,30,40,58,78)は、少なくとも前記中空円筒形シャフト(12,42,76)の内面の上方で挿入方向に対して開いており、
前記接触圧力は、前記接続要素(10,30,40,58,78)に前記接触圧力を加える設定ツールによって前記スラグ(62,82)に加えられ、
挿入方向の反対側に位置する前記スラグ(62,82)の端部は、フレア状になる
ことを特徴とする部品の接続方法。 16. The method for connecting components according to claim 15,
the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) is open relative to the insertion direction at least above the inner surface of the hollow cylindrical shaft (12, 42, 76);
the contact pressure is applied to the slug (62, 82) by a setting tool that applies the contact pressure to the connecting element (10, 30, 40, 58, 78);
2. A method for connecting parts, comprising the steps of: connecting the slugs (62, 82) such that the ends of the slugs (62, 82) located opposite each other in the insertion direction are flared.
前記中空空間には、前記ベース層と前記スラグ(61,82)との間に材料接続が存在する
ことを特徴とする部品。 A part connected by the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) comprising a base layer (52, 72) and at least one top layer (54, 74) arranged thereon, a hollow cylindrical shaft (12, 42, 76) and a drive arranged at an end opposite to the free end, the hollow cylindrical shaft (12, 42, 76) forming a hollow space, a part of the hollow cylindrical shaft (12, 42, 76) being completely surrounded by the base layer (52, 72), and a slug (61, 82) being cut out of the top layer (54, 74) by the interior of the hollow cylindrical shaft (12, 42, 76),
Component, characterized in that in the hollow space there is a material connection between the base layer and the slug (61, 82).
前記中空円筒形シャフトの円周方向に作用するドライバ構造が、前記中空空間に配置され、
前記ドライバ構造は、前記スラグの材料によって囲まれている
ことを特徴とする部品。 18. The component of claim 17,
a driver structure acting in a circumferential direction of the hollow cylindrical shaft is disposed in the hollow space;
The component, wherein the driver structure is surrounded by material of the slug.
軸方向に作用する確実な接続は、前記最上層(54,74)から突出する前記スラグ(62,82)の半径方向に変位した材料が前記最上層(54,74)および/または前記接続要素(10,30,40,58,78)上にカラーを形成することによって生成される
ことを特徴とする部品。 19. The part according to claim 17 or 18,
A component, characterized in that an axially acting secure connection is created by the radially displaced material of the slug (62, 82) protruding from the top layer (54, 74) forming a collar on the top layer (54, 74) and/or on the connecting element (10, 30, 40, 58, 78).
軸方向に作用する確実な接続は、前記接続要素(10,30,40,58,78)と前記最上層(54,74)との確実な適合、および前記ベース層の前記接続要素(10,30,40,58,78)の確実な適合によって生成される
ことを特徴とする部品。 19. The part according to claim 17 or 18,
A part, characterized in that a positive connection acting in the axial direction is produced by a positive fit of the connecting elements (10, 30, 40, 58, 78) with the top layer (54, 74) and a positive fit of the connecting elements (10, 30, 40, 58, 78) of the base layer.
前記ベース層(52,72)との確実な接続は、挿入方向に延びる前記接続要素(10,30,40,58,78)の前記自由端をフレア加工することによって生成される
ことを特徴とする部品。 21. The component according to any one of claims 17 to 20,
A component, characterized in that a secure connection with the base layer (52, 72) is produced by flaring the free ends of the connecting elements (10, 30, 40, 58, 78) extending in the insertion direction.
前記接続要素(10,30,40,58,78)は、前記ベース層(52,72)および前記最上層(54,74)よりも高い強度を有している
ことを特徴とする部品。 22. The component according to any one of claims 17 to 21,
The component, wherein the connecting element (10, 30, 40, 58, 78) has a strength greater than that of the base layer (52, 72) and the top layer (54, 74).
前記ベース層および前記最上層(54,74)は非鉄金属で作られ、前記接続要素は鋼または非鉄金属で作られている
ことを特徴とする部品。 23. The component according to any one of claims 17 to 22,
Component, characterized in that said base layer and said top layer (54, 74) are made of a non-ferrous metal and said connecting elements are made of steel or a non-ferrous metal.
前記ベース層および前記最上層(54,74)は熱可塑性材料で作られ、前記接続要素はプラスチック材料、鋼または非鉄金属で作られている
ことを特徴とする部品。 23. The component according to any one of claims 17 to 22,
Component, characterized in that said base layer and said top layer (54, 74) are made of a thermoplastic material and said connecting elements are made of a plastic material, steel or a non-ferrous metal.
前記接続要素は、請求項1乃至8の何れか1項に記載された形式の接続要素である
ことを特徴とする部品。 25. The component according to any one of claims 17 to 24,
9. A component, characterized in that the connecting element is of the type described in any one of claims 1 to 8.
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002174219A (en) | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Toyota Motor Corp | Self-piercing rivet and fastening method |
US20040096295A1 (en) | 2002-11-18 | 2004-05-20 | Robin Stevenson | Spiraled self-piercing rivet |
DE102006053800A1 (en) | 2006-11-15 | 2008-05-21 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Friction welding connection of two superimposed flat components |
JP2010526666A (en) | 2007-05-10 | 2010-08-05 | エーヨット ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | Methods for generating friction welded joints and joint design by friction welding |
US20120243960A1 (en) | 2011-03-21 | 2012-09-27 | Dave Ivinson | Flanged ribbed nut |
CN106112543A (en) | 2016-07-19 | 2016-11-16 | 上海交通大学 | Rivet and self-piercing frictional rivet welding connection system thereof for self-piercing frictional rivet welding |
US20160332215A1 (en) | 2014-01-16 | 2016-11-17 | Henrob Limited | Method of riveting |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002174219A (en) | 2000-12-06 | 2002-06-21 | Toyota Motor Corp | Self-piercing rivet and fastening method |
US20040096295A1 (en) | 2002-11-18 | 2004-05-20 | Robin Stevenson | Spiraled self-piercing rivet |
DE102006053800A1 (en) | 2006-11-15 | 2008-05-21 | Ejot Gmbh & Co. Kg | Friction welding connection of two superimposed flat components |
JP2010509072A (en) | 2006-11-15 | 2010-03-25 | エーヨット ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | Friction welding joint of two two-dimensional parts |
JP2010526666A (en) | 2007-05-10 | 2010-08-05 | エーヨット ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | Methods for generating friction welded joints and joint design by friction welding |
US20120243960A1 (en) | 2011-03-21 | 2012-09-27 | Dave Ivinson | Flanged ribbed nut |
US20160332215A1 (en) | 2014-01-16 | 2016-11-17 | Henrob Limited | Method of riveting |
CN106112543A (en) | 2016-07-19 | 2016-11-16 | 上海交通大学 | Rivet and self-piercing frictional rivet welding connection system thereof for self-piercing frictional rivet welding |
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